Đồ án truyền động thủy lực

Đồ án truyền động thủy khí - Đại học Bach Khoa Đà Nẵng, do an truyn dong thuy khí, thuy khi dong luc, đồ án truyền động thủy khí, hệ thống thủy lực trên máy xúc di chuyển bằng xích, he thong thuy luc máy xuc kobelco sk100, máy xuc kobelco sk100, Đại học Bach Khoa Đà Nẵng, DUT,

Bộ môn Cơ Kỹ Thuật

Dung tích của gầu: V = 0,4 m3

Áp suất làm việc của dầu: p = 32 MPa

Nội dung:

- Xác định nhiệm vụ đồ án môn học theo công việc của máy

- Xây dựng sơ đồ truyền động thủy lực

- Tính chọn các thông số cơ bản của máy

- Tính chọn các phần tử bơm, động cơ thủy lực, chất lỏng, đường ống

SVTH: Lớp: Trang 2

LỜI MỞ ĐẦU

Đồ án học phần Truyền động thủy khí động lực là một đồ án rất quan trọng sau đối với sinh viên nghành động lực nói riêng và sinh viên nghành kĩ thuật nói chung Em được giao nhiệm vụ là: “Tính toán hệ thống truyền động thủy lực của máy xúc một gầu truyền động di chuyển bánh xích với áp suất dầu làm việc 32MPa và dung tích gầu 0,4 ”

Bước vào thế kỉ XXI, đất nước ta đang trong giai đoạn đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa việc xây dựng ngày càng được đẩy manh, nhu cầu đào

và vận chuyện đất đá với khối lượng lớn là vô cùng bức thiết Bên cạnh đó, việc khai thác tài nguyên thiên nhiên phát triển mạnh cũng là lý do làm cho máy xúc đất được sử dụng rộng rãi hiện nay Vì máy xúc làm việc có năng suất cao, làm việc trong nhiều điều kiện khó khăn, tiết kiệm được nhân công, công suất lớn nên nâng cao được hiệu quả lao động Trong máy xúc, hệ thống thủy lực là quan trọng nhất vì nó đảm nhiệm công tác chính Vì vậy việc tính toán hệ thống thủy lực của máy xúc là vô cùng quan trọng

Trong quá trình làm đồ án, do trình độ hạn chế, tài liệu chưa đầy đủ nên không thể tránh khỏi sai sót Em rất mong được sự chỉ bảo của quý thầy cô Cuối cùng, em xinh chân thành gửi lời cám ơn đến thầy ……… đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình hoàn thành đồ quá Em xin cảm ơn

SVTH: Lớp: Trang 3

PHẦN MỘT: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY XÚC

I Công dụng của máy xúc

Máy xúc một gầu là một trong những loại máy chủ đạo trong công tác làm đất nói riêng và trong công tác xây dựng nói chung Máy xúc thường làm nhiệm

vụ khai thác đất và đổ đất vào phương tiện vận chuyển, hoặc chúng tự đào và vận chuyển đất trong phạm vi cự ly ngắn như đào trên kênh mương Nó đảm nhiệm 50-70% khối lượng công tác đào xúc đất Trong các công trình xây dựng đường, đê đập, thủy điện, khai thác mỏ… máy xúc một gầu là loại máy quan trọng nhất

Máy xúc một gầu là loại máy làm việc theo chu kỳ gồm các nguyên công đào tích đất và nâng gầu lên và đổ vào phương tiện vận chuyển hoặc đổ thành đống

Bên cạnh đó, máy xúc còn thể thực hiện nhiều thiết bị công tác khác để thực nhiều tính năng khác như búa đống cọc, phá đá, cầu, nhổ cây, đầm mặt…

II Cấu tạo chung của máy xúc

Máy xúc một gầu truyền động di chuyển bánh xích có các bộ phận chính sau:

SVTH: Lớp: Trang 4

Hình a: Sơ đồ kết cấu của máy xúc 1-Gầu; 2-Tay gầu; 3- Xylanh gầu; 4- Xylanh tay cần; 5- Cần; 6- Xy lanh cần; 7- Ca-bin; 8-Động cơ; 9- Dải xích; 10- Mô tơ di chuyển; 11- Sắt xi;

III Nguyên lý hoạt động chung

Khi động cơ (8) làm việc Công suất được truyền qua bánh đà đến bơm thuỷ lực Bơm thuỷ lực làm việc, hút dầu từ thùng dầu và đẩy đến cụm van phân phối chính Trên ca bin (7) người vận hành sẽ tác động đến các cần điều khiển thiết bị công tác, quay toa, di chuyển Khi có sự tác động của người vận hành một dòng dầu điều khiển sẽ được mở đi đến cụm van phân phối chính

Dòng dầu điều khiển này sẽ có tác dụng đóng/mở cụm van phân phối tương ứng cho thiết bị công tác, quay toa, di chuyển Đường dầu chính đến xi lanh cần (6),

xi lanh tay gầu (4) hoặc xi lanh gầu (3) Như vậy thiết bị công tác có thể làm việc theo ý muốn của người vận hành Đường dầu đi đến mô tơ quay toa hoặc

mô tơ di chuyển (10) làm cho các mô tơ này quay Mô tơ sẽ kéo cho toa quay hoặc kéo xích (9) thông qua truyền động cuối và bánh sao làm cho xe di chuyển

SVTH: Lớp: Trang 5

được Đường dầu trước khi về thùng được làm mát ở két mát và được lọc bẩn ở lọc dầu thuỷ lực Áp lực của hệ thống thuỷ lực được giới hạn bởi van an toàn, thông thường được lắp ở cụm van phân phối chính Khi áp lực hệ thống đạt đến giới hạn của van thì van sẽ mở ra và cho dầu chảy về thùng

SVTH: Lớp: Trang 6

PHẦN HAI:

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

I Các thông số cơ bản

1 Các thông số cơ bản của máy tham khảo, máy xúc Kobelco - SK 100 [5]

2 Thông số cho trước

Dung tích gầu: V = 0,4 m3

Áp suất làm việc của gầu: p = 32 MPa

3 Thông số chọn

Dựa vào bảng 1.II.1 trang 16 và bảng 1.III.1 trang 30, tài liệu [1], ta tra được

trọng lượng riêng và hệ số tơi của đất loại III và hệ số lực cản cắt của đất loại

III như sau:

SVTH: Lớp: Trang 8

Các phần tử trong sơ đồ mạch thủy lực trên:

b Van phân phối

Cơ cấu phân phối được dùng để đổi nhánh dòng chảy ở các nút ở lưới đường ống và phân phối chất lỏng vào các đường ống theo một quy luật nhất định Nhờ vậy, ta có thể đảo chiều chuyển động của bộ phận chấp hành hoặc điều khiển nó theo một quy luật nhất định

Chất lỏng từ bơm trước khi đến động cơ thủy lực qua cơ cấu phân phối Cơ cấu

là nơi tập trung các đầu mối lưu thông của chất lỏng Ở đây, chất lỏng từ bơm đến được phân phối vào các nhánh khác nhau của đường lưới ống

Van phân phối ta dùng trong hệ thống là van phân phối điều khiển bằng thủy lực

Ký hiệu:

c Van an tòan

Công dụng của van an toàn là dùng để khống chế áp suất chất lỏng trong hệ thống thủy lực không vượt quá trị số quy định đề phòng quá tải Nguyên tắc làm việc của van là khi áp suất trong hệ thống vượt quá mức điều chỉnh, van an toàn

tự động mở ra để đưa dầu về bể Van được thiết kế dựa trên cân bằng của áp suất dầu tác dụng lên con trượt và ngược chiều với lực của lò xo Khi áp suất vượt qúa mức quy định, áp suất này sẽ thắng được lực lò xo và hình thành khe hở thông dầu để đưa dầu về thùng chứa Khi chất lỏng chảy về thùng chứa làm cho

áp suất trong hệ thống giảm xuống như mức quy định đã được diều chỉnh trước

SVTH: Lớp: Trang 9

Hình: a Kết cấu của van an toàn b Ký hiệu

d Van một chiều

Van một chiều dùng để điều khiển đi theo một chiều nhất định và chặn theo

chiều ngược lại

Ứng dụng của van một chiều: đặt ở đường ra của bơm (để chặn dầu về bể); đặt ở cửa hút của bơm (chặn dầu ở trong bơm); khi sử dụng hai bơm dầu dùng chung cho một hệ thống (nhằm giảm tiêu hao công suất)

Hình: a Kết cấu của van một chiều b Ký hiệu

e Bộ ổn tốc

Trong nhưng cơ cấu chấp hành cần chuyển động êm, độ chính xác cao, thì hệ

thống điều đơn giản như trên không đảm bảo được, vì nó không khắc phục được nguyên nhân gây ra sự không ổn định chuyên động, như tải trọng thay đổi, độ đàn hồi của dầu, độ rò dầu củng như sự thay đổi nhiệt độ Ngoài những nguyên

SVTH: Lớp: Trang 10

nhân trên hệ thống dầu ép làm việc còn ảnh hưởng những thiếu sót về kết cấu

như: các cơ cấu điều khiển không chính xác, vv…

Do đó, muốn cho vận tốc được ổn định, duy trì trị số được đã điều chỉnh, trong

các hệ thống điều chỉnh vận tốc kể trên, cần lắp thêm một số bộ phận, để loại trừ

các nguyên nhân làm mất ổn định vận tốc

Để cho vận tốc không thay đổi khi tải trọng thay đổi, người ta sử dụng bộ ổn tốc

gồm: van tiết lưu và van giảm áp Bộ ổn tốc có nhiệm vụ giữ áp suất qua van

tiết lưu không thay đổi

Trong hệ thống ta lắp bộ ổn tốc ở trên đường về:

Thùng dầu có nhiệm vụ chính sau:

- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín (cấp và nhận dầu

chảy về)

- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc

- Lắng đọng các chất cạn bã trong quá trình làm việc

- Tách nước

SVTH: Lớp: Trang 11

Cách chọn kích thước bể dầu:

Đối với các loại bể dầu di chuyển, ví dụ bể dầu trên các xe vận chuyển thì

có thể tích bể dầu được chọn như sau:

V = 1,5.Qv

Hình: Kết cấu của bể dầu

1-Động cơ điện; 2- ống nén ; 3- bộ lọc ; 4- phía hút; 5- vách ngăn ; 6- Phía xả ;

7- mắt dầu ; 8- đổ dầu ; 9- ống hồi dầu từ hệ thống

Bể dầu được ngăn làm hai ngăn bởi một màng lọc (5) Khi mở động cơ (1), bơm dầu làm việc, dầu được hút lên qua bộ lọc (3) cấp cho hệ thống điều khiển, dầu xả về được cho vào một ngăn khác Dầu thường đổ vào bể qua một cửa (8)

bố trí trên nắp bể lọc và ống xả (9) được đặt vào gần sát bể chứa Có thể kiểm tra mức dầu đạt yêu cầu nhờ mắt dầu (7) Nhờ các màng lọc và bộ lọc, dầu cung cấp cho hệ thống điều khiển đảm bảo sạch Sau một thời gian làm việc định kỳ thì bộ lọc phải được tháo ra rữa sạch hoặc thay mới Trên đường ống cấp dầu (sau khi qua bơm) người ta gắn vào một van tràn điều chỉnh áp suất dầu cung cấp và đảm bảo an toàn cho đường ống cấp dầu

g Bầu lọc dầu

Trong quá trình làm việc, dầu không tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên ngoài vào, hoặc do bản thân dầu tạo nên Những chất bẩn ấy sẽ làm kẹt các khe hở, các tiết diện chảy có kích thước nhỏ trong các cơ cấu dầu ép, gây nên những trở ngại, hư hỏng trong các hoạt động của hệ thống Do đó trong các

hệ thống dầu ép đều dùng bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu, phần tử dầu ép Bộ lọc dầu thường đặt ở ống hút của bơm Trường hợp dầu cần sạch hơn, đặt thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm và một bộ

ở ống xả của hệ thống dầu ép

SVTH: Lớp: Trang 12 Kết cấu và ký hiệu:

Hình: Kết cấu và ký hiệu của bầu lọc dầu

a Chiều dày phoi cắt lớn nhất và lực cản đào:

Quá trình xúc đất và tích đất vào gầu là tứ dưới lên ( vị trí I đến vị trí II) Giả sử góc nghiên cần không đổi và khớp O có độ cao nang mặt bằng đứng của máy

Chiều dày phoi cắt lớn nhất theo công thức 2.III.44, trang 100, tài liệu [1]:

Cmax =

Hình: Sơ đồ phân bố lực dung để tính toán cần và tay cần

Xác định lực cản đào theo công thức Dombrovski trang 30, tài liệu [1]:

b Tính toán cho xilanh cần:

Lực lớn nhất trong xilanh cần xuất hiện khi gầu chưa đầy đất ở vị trí xa khớp

quay O1 nhất và xilanh cần thực hiện việc nâng cần

Lực Pc được xác định bằng cách lập phương trình cân bằng mômen của tất các các lực tác dụng lên hệ cần - tay cần - gầu xúc đối với khớp chân cần với bàn quay O1:

Pc =

SVTH: Lớp: Trang 15

Trong đó:

: khoảng cách từ trọng tâm gầu đến , = 5,31 m

: khoảng cách từ trọng tâm tay cần đến , = 4,86 m

p1 : áp suất ở cửa vào xilanh, p1 = 32.106 N/ m2

: diện tích piston ở buồng công tác, =

p2 : áp suất ở cửa ra xilanh, chọn p2 = 6.105 N/ m2

: diện tích piston ở buồng trả, = ( D2 – d2 )

d : đường kính của cần piston, d = 0,7D

Ft : tải trọng công tác, Ft =

Fms: Lực ma sát

Fqt :Lực quá tính

: Hiệu suất của xylanh, chọn = 0.93

Giả sử bỏ qua lực quán tính trong hệ thống, piston chuyển động tịnh tiến và

Fms = 10%Pc phương trình cân bằng lực trở thành:

p1 = p2 ( D2 – d2 ) + + 0,1.Pc

SVTH: Lớp: Trang 16

 D = √

= √ = 0,06365m = 63,65mm

Tra bảng tiêu chuẩn, dựa vào trang 7, tài liệu [7],chọn loại xilanh có khớp cầu

tự lựa AMP5-RP, có các thông số: D = 80 mm và d = 56 mm

III.Tính chọn bơm thủy lực

1.Tính lưu lượng trong xylanh cần

Chọn vận tốc chuyển động của xylanh: v = 0,15 m/s (tiêu chuẩn bơm)

Diện tích phần làm việc Ap của xylanh gầu:

2.Tính toán các thông số của bơm

Lưu lượng cần thiết của bơm đưa vào xilanh cần, với hiệu suất thủy lực của xilanh là Hxl = 0.95

= 2 =

= m3/s (Vì máy xúc dùng 2 xylanh cần)

Chọn:

Hiệu suất lưu lượng của bơm:

Hiệu suất cơ khí của bơm:

Lưu lượng lý thuyết của bơm:

Qlt,b = = = m3/s

Dựa vào trang 167, tài liệu [2], chọn số vòng quay của bơm:

vòng/phút

SVTH: Lớp: Trang 17

Lưu lượng riêng của bơm:

qb = =

= 5,57.10-5 m3/vòng = 55,7 cm3/vòng

Ta chọn bơm piston rô-to hướng trục vì loại bơm này có ưu điểm kết cấu bơm nhỏ gọn, hiệu suất và áp suất làm việc cao

Dựa vào lưu lượng riêng và tốc độ quay ta tra được bơm theo trang 17, tài liệu [6], có các thông số như :

Loại bơm : P2060

Lưu lượng riêng lớn nhất : 60 cm3/vòng

Tốc độ quay lớn nhất :

Áp suất làm việc lớn nhất : p = 320 bar

Chọn các thông số cơ bản của bơm theo trang 154 và trang 170, tài liệu [2] :

Góc nghiêng lớn nhất của đĩa : γmax = 20o

Số xilanh : z = 7

Tỉ số giữa đường kính vòng chia đi qua các xilanh và đường kính xilanh :

m =

Tra bảng trang 256, tài liệu [4], ta lấy m = 3,1

Ta tính được đường kính của xilanh từ công thức tính lưu lượng riêng

d = √

= √

= 0.021 m = 21 mm Chọn đường kính xylanh : d = 21 mm

Đường kính vòng chia đi qua các xilanh Dr = 3.1.d = 65,1 mm

Đường kính làm việc của đĩa nghiêng:

Ký hiệu van phân phối 4/3 điều khiển bằng thủy lực

Tại vị trí ban đầu làm việc tất cả các ống nối với A, B, P, T đều bị khóa Khi phần tử điều khiển bị đẩy sang nhánh trái, P và A được nối với nhau, B và T được nối với nhau, dòng dầu cao áp từ bơm qua cổng P và A đến cơ cấu chấp hành, dòng dầu hồi từ cơ cấu chấp hành qua B và T trở về thùng chứa Khi phần

tử điều khiển đẩy sang nhánh phải, A và T được nối với nhau, P và B sẽ thông với nhau, dòng dầu cao áp qua cổng P và B đến cơ cấu chấp hành, dòng dầu hồi

từ cơ cấu chấp hành qua cổng A và T trở về thùng chứa

b.Tính toán các thông số của van phân phối

SVTH: Lớp: Trang 19

T – Cửa nối về bể dầu

Z, Y – Các tín hiệu điều khiển bằng thủy lực

Lưu lượng qua van được tính theo công thức sau (theo trang 103, tài liệu [8]):

Q = √

Trong đó :

Q: Lưu lượng chất lỏng qua van, Q = Qb = m3/s

: khối lượng riêng của dầu, chọn dầu công nghiệp 50 có 870 kg/m3

: hệ số lưu lượng , μ = 0,6 0,62, chọn = 0.6 (theo trang 106, tài liệu [8])

Δp: Độ chênh lệch áp suất trong van

Tổn thất áp suất của van phân phối với:

- Vận tốc dòng chảy qua van v = 5 m/s

- Hệ số tổn thất cục bộ trên van phân phối = 2 4, chọn =3 (trang 492,

tài liệu [9])

p = 

2 v2

Tra bảng 6.1 trang 109, tài liệu [8]

Ta có các thông số cơ bản của van phân phối:

d - Đường kính trong của ống, [m];

Q - Lưu lượng chảy qua ống, [m3/s];

p – Áp suất làm việc của ống, [N/m2];

d – Đường kính trong của ống, [m];

[ ] - Ứng suất cho phép đối với vật liệu ống dẫn,

Chiều dày thành ống:

=

=

= m = 12 mm

SVTH: Lớp: Trang 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] “Máy làm đất”, Phạm Hữu Đỗng, Hoa Văn Ngủ, Lưu Bá Thuận Nhà

xuất bản Xây Dựng, 2004

[2] “Máy thủy lực thể tích”, Hoàng Thị Bích Ngọc, Nhà xuất bản Khoa học

và kỹ thuật, 2000

[3] “Hệ thống truyền động thuỷ lực và khí nén”, Trần Ngọc Hải, Trần Xuân

Tùy, Nhà xuất bản Xây Dựng, 2011

[4] “Bài tập thủy lực và máy thủy lực”, Nguyễn Phước Hoàng, Nhà xuất bản

Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1976

[5] Catalogue của máy xúc Kobelco, “SK60-220 MARK 3 HAND BOOK”,

1990

[6] Hydraulic Pump and Power Systems Division

[7] Cylinder Catalogue

[8] “Truyền dẫn thủy lực trong chế tạo”, Trần Doãn Đinh và các tác giả, Nhà

xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2002

[9] “Thủy lực và Máy thủy lực”, Nguyễn Phước Hoàng và các tác giả, Nhà

xuất bản giáo dục

[10] “Thiết kế hệ thống truyền động thủy lực” – Bản dịch, tác giả: Полякова

Л.Е, Ямпилов С, С Блекус В.Г